惯性测量仪器及原理简介(1)

2.陀螺仪和加速度计种类介绍
（1）陀螺仪 性能比较
原子陀螺( 6105/ h)>静电陀螺( 104 ~ 105/ h )>激光陀螺( 0.00015 / h )>微 机械陀螺( 1 ~ 10/ h )
（韩松，彭文娟，钱兰华.现代陀螺技术的发展及应用分析[J].民营科技.2015（07））
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2.陀螺仪和加速度计种类介绍
3.MEMS陀螺仪原理
目录
1.手机陀螺仪与加速度计分析 2.陀螺仪和加速度计种类介绍 3.MEMS陀螺仪原理 4.后续了解内容
4.后续了解内容
• （1）陀螺仪参数：标度因数，标度因数稳定性，随机游走 • （2）动力调谐式陀螺仪详细原理 • （3）激光陀螺仪原理 • （4）加速度计原理
参考文献
（2）加速度计
主要有石英加速度计、液浮摆式加速度计、微机电加速度计、 振弦式加速度计、振梁式加速度计等类型。
石英加速度计是目前国内外水平最高的加速度计，是现今加 速度计发展的先头兵。[2]
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3.MEMS陀螺仪原理
1.手机陀螺仪与加速度计分析
• 计算过程中，主要解决的问题是手机设备坐标系b和手机外部空间导航定 位采用的导航坐标系n之间的坐标转换。
1.手机陀螺仪与加速度计分析
４ 结论 １ ）手机内的加速度计和陀螺仪传感器的输出都存在误差， 在静止情况下， 传感器的输出误差随时间累积越来越大。 ２）手机传感器的误差变化具有不确定性，多次实验传感器的偏移情况不同。 ３）手机传感器各个轴向的偏移情况不同，实验中Ｘ、Ｙ 轴偏移严重，Ｚ 轴 输出则比较稳定，偏移较小。实验中， 静止条件下手机传感器输出数据变化 波动较大， 表明手机内部的传感器精度较低， 稳定性差， 在利用陀螺仪和加 速度计进行导航计算时， 应当利用卡尔曼滤波等方法进行处理， 这需要后续 进行改进。同时， 捷联式惯性导航本身存在着误差累积的不足， 在后面工作 中可以尝试与ＷｉＦｉ、ＲＦＩＤ 等技术进行联合提高定位精度。[1]
3.MEMS陀螺仪原理
（2）MEMS陀螺仪原理 哥氏现象
•
F(t) 2mz x(t)
•
x(t) X 0d sin(dt)
只要保持振动速度x(t)的幅值恒定，就能使哥氏力与输入角速度Ω成正比。
3.MEMS陀螺仪原理
如果物体在圆盘上没有径向运动，科里奥利力就不会产生。因此，在 MEMS 陀螺仪的设计上，这个物体被驱动， 不停地来回做径向运动或者震荡，与此对应的 科里奥利力就是不停地在横向来回变化，并有 可能使物体在横向作微小震荡，相位正好与驱 动力差90 度。MEMS 陀螺仪通常有两个方向的 可移动电容板。径向的电容板加震荡电压迫使 物体作径向运动，横向的电容板测量由于横向 科里奥利运动带来的电容变化（图 3）。 因为科里奥利力正比于角速度，所以由电容的变化可以计算出角速度。[6]
惯性测量仪器及原理简介 （1）
苏日娜
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1.手机陀螺仪与加速度计分析 2.陀螺仪和加速度计种类介绍 3.MEMS陀螺仪原理 4.后续了解内容
1.手机陀螺仪与加速度计分析
• 手机中安装的MEMS（micro electromechanicalsystem）加速度计 和陀螺仪均为三轴传感器，一个感知加速度信息，一个感知角速 度变化。
（1）MEMS MEMS 是英文 Micro Electro Mechanical systems的缩写， 即微电子 机械系统。微电子机械系统（MEMS）技术是建立在微米/纳米技术 （micro/nanotechnology）基础上的技术，是指对微米/纳米材料进 行设计，加工，制造，测量和控制的技术。完整的 MEMS 是由微 传感器、微执行器、信号处理和控制电路、通讯接口和电源等部件 组成的一体化的微型器件系统。[5]
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2.陀螺仪和加速度计种类介绍
惯性仪器仪表行业主要包括加速度计和陀螺仪。
（1）陀螺仪 主要有液浮式陀螺仪、动力调谐式陀螺仪、压电式陀螺仪、
微机电式陀螺仪、光纤式陀螺仪、激光式陀螺仪等。MEMS惯性仪 表由硅片采用光刻和各向异性刻蚀工艺制造而成，具有显著的尺寸 小、质量轻、成本低、可靠性高、抗振动冲击能力强，以及易批量 生产等优点；动力调谐式陀螺仪是国内外使用最广泛的陀螺仪，而 激光式陀螺仪则是国内外水平最高的陀螺仪（赵民智等.我国惯性仪器仪表 的技术特点及发展综述[J].传感器世界.2009,07）。
[1]陈春阳等.手机陀螺仪与加速度计联合定位初步分析[J].导航定位学报.2014(12) [2]赵民智等.我国惯性仪器仪表的技术特点及发展综述[J].传感器世界.2009,07 [3]韩松，彭文娟，钱兰华.现代陀螺技术的发展及应用分析[J].民营科技.2015（07） [4]李荣冰等.基于MEMS技术的微型惯性导航系统的发展现状[J].中国惯性技术学 报.2004(12) [5]钱鸣镝，微电子机械MEMS陀螺仪的原理和测试方法研究[J].集成电路应 用,2017(05) [6]闫子波等.微机械陀螺仪的工作原理及其应用[J].电子设计技术.2009.09 [7]赵翔等.基于MEMS加速度计和陀螺仪姿态检测系统[J].铁路计算机应用.2012.3
2.陀螺仪和加速度计种类介绍
（1）陀螺仪 1）机电转子陀螺技术 利用悬浮支撑技术的转子陀螺、动力调谐陀螺、静电陀螺——转子
不存在接触摩擦，是目前公认的精度最高的转子陀螺。 2）光学陀螺技术 激光陀螺技术、光纤陀螺技术 3）微机陀螺技术（MEMS） 4）新型陀螺技术 量子陀螺、核磁共振陀螺等
（韩松，彭文娟，钱兰华.现代陀螺技术的发展及应用分析[J].民营科技.2015（07））